據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,美國(guó)天體物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室(JILA)的物理學(xué)家展示了一種新型的“超輻射”激光器設(shè)計(jì),或可比現(xiàn)今最好的可見激光穩(wěn)定100倍至1000倍。這種類型的激光能提升最先進(jìn)的原子鐘的性能,并有助于促進(jìn)通信和導(dǎo)航等相關(guān)技術(shù)的改進(jìn)。相關(guān)研究報(bào)告發(fā)表在近日出版的《自然》雜志上。
JILA由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)和科羅拉多大學(xué)共同創(chuàng)建。研究人員表示,新激光器基于強(qiáng)大的名為“相位陣列”的工程技術(shù),源自大量相同天線的電磁波可同步發(fā)揮作用,以構(gòu)建具有有益特性的組合波。“超輻射”激光器原型將100萬(wàn)銣原子囚禁在兩面反射鏡之間的2厘米的空間內(nèi),原子將與其內(nèi)部的振動(dòng)同步“起舞”,從而放射出微弱的深紅色激光光束。
普通激光依賴于數(shù)百萬(wàn)光子在兩面反射鏡間來(lái)回彈跳飛射,在激光材料內(nèi)擊打原子,生成自身的副本,構(gòu)建出強(qiáng)光;隨后,光子和同步波將從反射鏡腔中泄出并形成激光束。但這不會(huì)發(fā)生在新的JILA激光器上,因?yàn)楣庾硬粫?huì)在周圍過(guò)長(zhǎng)逗留。在振蕩的電場(chǎng)的作用下,原子會(huì)不斷激發(fā),并放射出同步的光子,在反射鏡間徘徊。幾乎所有光子都會(huì)在被鏡面干擾和破壞同步化的原子之前逃脫,因此可避免在一般激光器中發(fā)生的激光頻率變動(dòng)現(xiàn)象。
在實(shí)驗(yàn)中,科學(xué)家首先會(huì)囚禁位于鏡面之間激光中的原子,隨后使用其他低功率的激光調(diào)整比率,使原子在兩個(gè)能量級(jí)之間往返。每當(dāng)降至較低的能量級(jí)時(shí),原子將放射出光子。一般情況下,原子每秒僅會(huì)放射一個(gè)光子,但它們的關(guān)聯(lián)行為能使比率提升1萬(wàn)倍,生成光的“超輻射”。這種“受激發(fā)射”也切合了激光的定義。
測(cè)量結(jié)果顯示,激光束頻率對(duì)于反射鏡運(yùn)動(dòng)的敏感性可比普通的光學(xué)激光低一萬(wàn)分之一,這說(shuō)明新方式或可將NIST目前最佳的激光器的性能提高1000倍,其也有望走出實(shí)驗(yàn)室,得到實(shí)際應(yīng)用。盡管這種“超輻射”激光的亮度十分黯淡,但它卓越的穩(wěn)定性可使其成為“反饋系統(tǒng)”中的一部分,“鎖住”正常的激光輸出。這種激光可被用于最先進(jìn)的原子鐘中,誘發(fā)超精確時(shí)鐘所需的原子振蕩,有效提升時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。研究人員表示,未來(lái)還將使用鍶等不同類型的原子進(jìn)行實(shí)驗(yàn),以更好地配合高級(jí)原子鐘的建造。同樣,這種改進(jìn)還會(huì)延伸至全球定位系統(tǒng)、光學(xué)通信、大地測(cè)量和天文學(xué)等相關(guān)的技術(shù)之中。
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